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올라가는 뜨거운 물, 가라앉는 차가운 물|
준비물 |
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실험과 관찰 |
1. 병 뚜껑에 송곳 등으로 구멍을 낸다.
2. 병의 입구 주위를 끈으로 묶어 병을 들어올릴 수 있도록 한다.
3. 병 속에 색소를 조금 넣고 뜨거운 물을 붓는다. 4. 구멍 뚫린 마개로 막는다. 5. 투명한 용기에 찬물을 붓고 색소가 든 병을 천천히 넣는다. 6. 관찰한다. |
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왜 그럴까요? |
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뜨거운 물과 차가운 물이 있어요. 어느 물의 밀도가 더 작을까요? |
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음, 뜨거운 물? |
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맞았어요.
뜨거운 공기나 뜨거운 물은 같은 질량의 차가운 물에 비해서 부피가 크기 때문에
차가운 물보다 밀도가 작지요.
밀도 = 질량 / 부피 의 관계로부터 밀도가 작아지는 것을 알 수 있지요. |
공기와 같은 기체나 물과 같은 액체는 흐르는 성질이 있습니다. 그래서 이들을 유체라고도 부릅니다. 유체의 한 부분을 가열하면, 그 부분의 온도가 다른 부분보다 높아집니다. 그러면 그 부분은 팽창하여 다른 부분보다 밀도가 작아지므로 위로 올라가게 되지요. 그러면 그 주위의 온도가 낮고 밀도가 큰 부분은 아래로 내려오겠지요. 이런 과정으로 열이 이동하는 현상을 대류라고 합니다.
데워져 올라간 공기는 시간이 지나면서 식기 때문에 다시 아래로 내려옵니다. 그런 다음 다시 데워지고, 위로 뜨고....를 반복합니다. 이렇게 데워진 공기가 직접 움직이면서 가열 기구로부터 들어온 열을 전체열로 전달합니다.
색소가 들어 있는 뜨거운 물은 주위의 찬 물에 비해 밀도가 작기 때문에 차가운 물 위로 뜹니다. 시간이 지나 식으면 다시 아래로 내려옵니다. 그래서 색소는 물 전체로 퍼지게 되는 것입니다.
그러면 차가운
물에 색소를 넣어서 뜨거운 물에 넣어보면 어떻게 될까요?
차가운 물은 주위의 따듯한 물보다 밀도가 커서 아래로 내려가려고 하기 때문에 차가운 물 속에 있는 색소는 전체로 퍼지지 않습니다.
냉장고에서 냉각 부분이 위쪽에 있는 경우나 난방 기구를 낮은 데 두는 것은 이 대류 효과를 이용하기 위해서이지요.
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